(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に堆積物を形成するための、化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）の少なくとも１つを使用する堆積システムであって：
外側の壁と、材料堆積のための処理空間と、前記処理空間へのプロセスガスの導入のための注入プレートとを有する第１のアセンブリと；
前記第１のアセンブリに組み合わせられ、前記第１のアセンブリから熱的に分離され、前記堆積システムとの間で前記基板の移送をするための移送空間を有する第２のアセンブリと；
前記第２のアセンブリに接続し、前記基板を支持するように構成された基板ステージと；
前記移送空間から前記処理空間を分離するように構成されたシール部材と；
前記外側の壁の内側で、前記注入プレートを取り囲み、前記注入プレートから前記第２のアセンブリの方へと延びており、前記処理空間からプロセスガスの排気のために内部に含まれている排気チャネルを有し、前記処理空間から前記移送空間への熱流れに対する熱インピーダンスを提供し、前記第２のアセンブリと接触していない前記第１のアセンブリの延長部材と、を具備し、
前記第１のアセンブリは、前記処理空間の表面の膜のプリカーサの累積を減らす温度で維持されるように構成され、前記第２のアセンブリは、堆積システムの外側から前記移送空間に侵入するコンタミネーションを減少するように前記温度より低く低下された温度で維持されるように構成されている堆積システム。
【請求項２】
前記第１のアセンブリは、プロセスの間、１００℃以上の前記第１の温度で維持されるように構成され、前記第２のアセンブリは１００℃未満の前記第２の温度で維持されるように構成されている請求項１の堆積システム。
【請求項３】
前記第１のアセンブリは、プロセスの間、５０℃以上の前記第１の温度で維持されるように構成され、前記第２のアセンブリは、５０℃未満の前記第２の温度で維持されるように構成されている請求項１の堆積システム。
【請求項４】
前記第１のアセンブリと、前記第２のアセンブリとの間の接合の近くの第１のアセンブリのボディ内部にクーラントチャンネルを更に具備する請求項１の堆積システム。
【請求項５】
前記第１のアセンブリと、前記第２のアセンブリとの間の接合の近くの第２のアセンブリのボディ内部にクーラントチャンネルを更に具備する請求項１の堆積システム。
【請求項６】
前記第１のアセンブリは、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料を備え；
前記第２のアセンブリは、アルミニウムまたはアルミニウム合金材料を備え；
前記第２のアセンブリは、ステンレス鋼コンポーネントによって前記第１のアセンブリに取り付けられる請求項１の堆積システム。
【請求項７】
前記シール部材は、前記移送空間から前記処理空間を真空アイソレートする封止を備えており、
前記延長部材は、この延長部材の前記シール部材への長手方向の端部でベースに接して前記移送空間から前記処理空間を分離する請求項１の堆積システム。
【請求項８】
前記封止は、処理空間から移送空間までのガスリークを１０−３Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満に減少するように構成されている請求項７のシステム。
【請求項９】
前記封止は、処理空間から移送空間までのガスリークを１０−４Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満に減少するように構成されている請求項７のシステム。
【請求項１０】
前記第１のアセンブリに組み合わせられ、プロセスの間、前記処理空間を排気するように構成された第１の圧力制御システムと；
前記第２のアセンブリに組み合わせられ、前記移送空間を排気するように構成されている第２の圧力制御システムと；
前記第１のアセンブリに接続し、前記材料堆積の間、前記処理空間にプロセス組成を導入するように構成されているガス注入システムと；
前記基板ステージに組み合わせられ、前記基板の温度を制御するように構成された温度制御システムと；を更に具備する請求項１の堆積システム。
【請求項１１】
前記第１のアセンブリは、前記堆積システムの上部部分を備え、
前記第２のアセンブリは、前記堆積システムの下部部分を備え、
前記基板ステージは、前記基板を縦方向に移動するように構成されている請求項１の堆積システム。
【請求項１２】
プラズマ形成のための前記処理空間に結合され、プロセスガス組成にパワーを提供するように構成されている電源を更に具備する請求項１の堆積システム。
【請求項１３】
前記電源は、０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でＲＦエネルギを出力するように構成されているＲＦ電力電源であり；
前記基板ステージは、前記ＲＦ電力電源に接続され、前記処理空間に前記ＲＦエネルギを結合させるように構成されている電極を含んでいる請求項１２の堆積システム。
【請求項１４】
前記延長部材は、前記第１のアセンブリと、前記第２のアセンブリとの間の放射シールドとして構成されている請求項１の堆積システム。
【請求項１５】
前記延長部材は、前記基板ステージの近くの延長部材の第１の側部から、前記第１の側部に対向する延長部材の端部に長手方向に置かれる第２側部までガスコンダクタンスを提供している内側のチャネルを含んでいる請求項１の堆積システム。
【請求項１６】
前記延長部材は、前記処理空間から前記移送空間への熱流に対する熱インピーダンスを備えている請求項１５の堆積システム。
【請求項１７】
前記処理空間のプロセスを制御するように構成されたコントローラを更に具備する請求項１の堆積システム。
【請求項１８】
前記コントローラは、第１の温度で前記蒸着システムの第１のアセンブリを維持し；
前記第１の温度より低く低下された温度で、前記蒸着システムの第２のアセンブリを維持し；
前記基板を前記処理空間に配置し；
前記基板上に材料を堆積させるようにプログラムされる請求項１７の堆積システム。
【請求項１９】
基板に堆積物を形成するための、化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）の少なくとも１つを使用する堆積システムであって：
最も外側の壁と、材料堆積のための処理空間と、前記処理空間へのプロセスガスの導入のための注入プレートとを有する第１のアセンブリと；
前記第１のアセンブリの最も外側の壁を前記第２のアセンブリに接続するシールされた接合を介して前記第１のアセンブリに結合され、前記第１のアセンブリから熱的に分離され、前記堆積システムとの間で前記基板の移送をするための移送空間を有する第２のアセンブリと；
前記第２のアセンブリに接続し、前記基板を支持するように構成された基板ステージと；
前記移送空間から前記処理空間を分離するように構成されたシール部材と；
前記最も外側の壁の内側に配置され、および、前記最も外側の壁から距離をとって離隔され、前記注入プレートを取り囲み、前記注入プレートから前記第２のアセンブリの方へと延びており、前記処理空間からプロセスガスの排気のために内部に含まれている排気チャネルを有する前記第１のアセンブリの延長部材とを具備し、
前記第１のアセンブリは、前記処理空間の表面の膜のプリカーサの累積を減らす温度で維持されるように構成され、前記第２のアセンブリは、前記第１のアセンブリの前記温度より低く低下された温度で維持されるように構成されている堆積システム。
【請求項２０】
蒸着システムの基板上に材料を堆積させる方法であって、
前記処理空間の表面の膜のプリカーサの累積を減らす温度で蒸着システムの第１のアセンブリを維持することと；
前記第１のアセンブリの前記温度より低く低下された温度で前記蒸着システムの第２のアセンブリを維持することと；
前記第２のアセンブリの移送空間から真空アイソレートされた前記第１のアセンブリの処理空間に前記基板を配置することと；
化学気相成長（ＣＶＤ）または原子層堆積（ＡＬＤ）によって前記基板上に材料を堆積させることとを具備した方法。
【請求項２１】
前記第１のアセンブリを１００℃以上で維持することと、
前記第２のアセンブリを１００℃未満に維持することとを更に具備する請求項２０の方法。
【請求項２２】
前記第１のアセンブリを５０℃以上で維持することと、
前記第２のアセンブリを５０℃未満に維持することとを更に具備する請求項２０の方法。
【請求項２３】
前記材料を堆積させることは、蒸着のための前記処理空間にプロセスガス組成を導入することを備えている請求項２０の方法。
【請求項２４】
前記材料を堆積させることは、プラズマ増強蒸着のための前記処理空間にプロセスガス組成を導入することと、
前記プロセスガス組成からプラズマを形成することとを備えている請求項２０の方法。
【請求項２５】
前記材料を堆積させることは、タンタル膜、タンタル炭化物膜、タンタル窒化膜、またはタンタル炭窒化物膜のうちの少なくとも１つを堆積させることを備えている請求項２０の方法。
【請求項２６】
前記材料を堆積させることは、金属、金属炭化物膜、金属酸化物、金属窒化、金属炭窒化物、若しくは金属シリサイド、またはこれらの膜のいずれかの組合せのうちの少なくとも１つを堆積させることを備えている請求項２０の方法。
【請求項２７】
前記配置することは、プラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセス、またはプラズマ増強ＣＶＤプロセスのうちの少なくとも１つを実行するように構成されているチャンバに前記基板を配置していることを備えている請求項２０の方法。
【請求項２８】
前記材料を堆積させることは、前記ＡＬＤプロセスを使用して第１の膜を堆積させることと；
前記ＰＥＣＶＤまたは前記ＰＥＡＬＤプロセスを使用して第２の膜を堆積させることとを備えている請求項２７の方法。
【請求項２９】
前記材料を堆積させることは、前記ＣＶＤプロセスを使用して第１の膜を堆積させることと；
前記ＰＥＣＶＤまたは前記ＰＥＡＬＤプロセスを使用して第２の膜を堆積させることとを備えている請求項２７の方法。
【請求項３０】
前記材料を堆積させることは、
前記ＡＬＤプロセスを使用して第１の膜を堆積させることと；
前記ＣＶＤプロセスを使用して第２の膜を堆積させることとを備えている請求項２７の方法。
【請求項３１】
前記材料を堆積させることは、プラズマを形成するように、前記処理空間のプロセスガスに０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でＲＦエネルギを印加することである請求項２０の方法。
【請求項３２】
前記材料を堆積させた後にパージガスを導入することを更に具備する請求項２０の方法。
【請求項３３】
堆積される材料の基板を横切る堆積の均一性を改良する位置に、基板ステージを移動することを更に具備する請求項２０の方法。
【請求項３４】
前記材料を堆積させることは、前記処理空間のプラズマ均一性が前記基板ステージの３００ｍｍ直径を横切る膜厚の均一性が２％より小さくなるような位置に、前記基板を保持している基板ステージの位置をセットすることと；
前記基板の上に材料堆積のためのプラズマを形成することとを備えている請求項２０の方法。
【請求項３５】
前記セットすることは、前記基板ステージをプラズマ均一性が前記基板ステージの３００ｍｍ直径を横切る膜厚の均一性が１％より小さくなるような位置にセットすることを備えている請求項３４の方法。
【請求項３６】
前記基板を配置することは、前記処理空間から前記移送空間までのガスリークが１０−３Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満を有する処理チャンバに前記基板を配置することを備えている請求項２０の方法。
【請求項３７】
前記基板を配置することは、前記処理空間から前記移送空間までのガスリークが１０−４Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満を有する処理チャンバに前記基板を配置することを備えている請求項２０の方法。
【請求項３８】
基板処理システムプロセッサ上の実行のためのプログラム命令を含んでいるコンピュータ読み取り可能なメディアであって、
請求項２０−３７において詳述されるステップのいずれかを実行するように前記基板処理システムを起動するメディア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、米国特許出願シリアル番号１１／０９０，２５５号、代理人整理番号２６７３６６ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ１９、「プラズマ増強原子層堆積システム」の名称で、現在、米特許出願公報番号２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ号に関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国シリアル番号１１／０８４，１７６号、代理人整理番号２６５５９５ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ２４、「堆積システムおよび方法」の名称で、現在米国特許出願公報２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ号に関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国特許出願シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「コンタミネーションの減少を有するプラズマ増強原子層堆積システム」の名称で、クライアント参照番号ＴＴＣＡ２７、現在米国特許出願公報番号２００４ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ号に関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「熱およびプラズマ増強蒸着を実行する方法およびシステム」の名称で、代理人整理番号２２７４０１７ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ５４で、現在米国特許出願公開番号２００６ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ号に関連し、参照によってその全体の内容は、ここに引用したものとする。本出願は、米国シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、代理人整理番号２２７４０２０ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ５５で、「プラズマ増強原子層堆積のための堆積システムおよび方法」の名称で、現在米国特許出願公報番号２００６ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶに関連し、参照によってその全体の内容はここに引用されるものである。本出願は、米国シリアル番号ＸＸ／ＸＸＸ，ＸＸＸ号、「処理システムの第２の室部分に第１のチャンバ部分を密封するための方法とシステム」の名称で、代理人整理番号２２７４０１６ＵＳ、クライアント参照番号ＴＴＣＡ６３、現在米国特許出願公開番号２００６ＶＶＶＶＶＶＶＶＶＶ号に関連し、その全体の内容は、参照によって、ここに引用したものとする。
【０００２】
本発明は、堆積システムおよびその操作方法に関し、より詳しくは、本発明は、材料堆積および移送のための別個の領域を有する堆積システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的に、材料プロセスの間、複合材料構造を製造するときに、プラズマは、材料膜の追加および除去を容易にするようにしばしば使用される。例えば、半導体プロセスにおいて、ドライプラズマエッチングプロセスは、シリコン基板上の微細線に沿ってまたはビアまたはコンタクト内で材料を除去またはエッチングするために、多くの場合、利用される。別の形態として、例えば、蒸着プロセスは、シリコン基板上の微細線に沿ってまたはビアまたはコンタクト内に材料を堆積させるために利用される。後者において、蒸着プロセスは、化学気相成長（ＣＶＤ）およびプラズマ増強化学的気相成長（ＰＥＣＶＤ）を含む。
【０００４】
ＰＥＣＶＤにおいて、プラズマは、膜堆積メカニズムを変更するかまたは増強するために利用される。例えば、プラズマ励起は、一般的に、熱励起ＣＶＤプロセスによって同様の膜を生成することを必要とするそれらより非常に低い温度で進行する膜形成反応を一般に許容する。加えて、プラズマ励起は、熱ＣＶＤにおいてエネルギー的にまたは動力学的に充足されていない膜形成化学反応をアクティブにすることができる。ＰＥＣＶＤ膜の化学および物理的な特性は、それにより、プロセスパラメータを調整することによって、相対的に広い範囲を通して変化されることができる。
【０００５】
近年、原子層堆積（ａｔｏｍｉｃ  ｌａｙｅｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ：ＡＬＤ）およびプラズマ増強されたＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）は、前工程（ＦＥＯＬ）オペレーションの超極薄ゲート膜形成に対する候補として、同じく後工程（ＢＥＯＬ）オペレーションのメタライゼーションに対する超極薄バリア層およびシード層形成に対する候補として現れた。ＡＬＤにおいて、２つまたはより多くのプロセスガス、例えば膜プリカーサおよび還元ガスは、基板が同時に材料膜の単分子層を形成するために加熱されている間に、交互におよびシーケンシャルに導入される。ＰＥＡＬＤにおいて、プラズマは、還元プラズマを形成するために、還元ガスの導入の間、形成される。今日まで、ＡＬＤおよびＰＥＡＬＤプロセスは、これらのプロセスがそれらＣＶＤおよびＰＥＣＶＤの対照物より遅いにもかかわらず、層が堆積する形態への改良された層厚さの均一性および一様性（ｃｏｎｆｏｒｍａｌｉｔｙ）を提供すると証明された。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、これまでの縮小を続けるライン寸法での半導体プロセスに関し、一様性、密着性、および純度がその結果として半導体デバイスに影響を及ぼすますます重要な問題になっているさまざまな課題を対象にすることに向けられる。
【０００７】
本発明の別の目的は、その後の堆積され、または処理される層のインターフェース間のコンタミネーション問題を減らすことである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の別の目的は、同じシステム内で、蒸着（ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）プロセスおよびサンプル移送に対する互換性がある構成を提供することである。
【０００９】
本発明のこれらおよび／または他の目的のバリエーションは、本発明の特定の実施形態によって提供される。
【００１０】
本発明の一実施態様において、蒸着システムの基板上に材料を堆積させるための方法は、基板を処理するために提供され、それは、第１の温度で蒸着システムの第１のアセンブリを維持し、第１の温度より低く低下された温度で蒸着システムの第２のアセンブリを維持し、第２のアセンブリの移送空間から真空絶縁（アイソレート）された第１のアセンブリの処理空間に基板を配置し、基板上に材料を堆積させるものである。
【００１１】
本発明の他の実施例において、材料堆積を容易にするように構成された処理空間を有する第１のアセンブリと、第１のアセンブリに組み合わせられ、堆積システムとの間で基板の移送を容易にするための移送空間を有している第２のアセンブリと、第２のアセンブリに接続され、基板を支持しように構成された基板ステージと、移送空間から処理空間を分離するように構成されたシーリングアセンブリとを具備する、基板に堆積物を形成するための堆積システムは、提供される。第１のアセンブリは、第１の温度で維持されるように構成され、第２のアセンブリは、第１の温度より低く低下された温度で維持されるように構成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下の説明では、完全な本発明の理解を容易にするために、並びに説明およびそれ以外の目的のために、堆積システムおよび各種コンポーネントの内容の特定の幾何配置のような具体的な詳細は、記載される。しかしながら、本発明がこれらの具体的な詳細から逸脱する他の実施形態において実施されることができると理解されるべきである。
【００１３】
図面を参照すると、参照番号がいくつかの図の全体にわたって同一であるか対応する部品を示すようになされ、図１Ａは、例えばプラズマ増強原子層堆積（ＰＥＡＬＤ）プロセスを使用して、基板上に例えばバリア膜のような薄膜を堆積させるための堆積システム１０１を示す。配線工程（ＢＥＯＬ）オペレーションにおける半導体デバイスに対する相互接続（ｉｎｔｅｒ−ｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ）および内部接続（ｉｎｔｒａ―ｃｏｎｎｅｃｔ）構造のメタライゼーションにおいて、薄い一様な（ｃｏｎｆｏｒｍａｌ）バリア層は、層間または同層間誘電体内の金属のマイグレーションを最小にするためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができ、薄い一様なシード層は、バルク金属の埋め込みに対する許容できる密着性を有する膜を提供するためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができ、および／または、薄い一様な密着層は、金属シード堆積に対する許容できる密着性を有する膜を提供するためにトレンチまたはビアを配線する上に堆積されることができる。これらのプロセスに加えて、銅のようなバルク金属は、トレンチまたはビアを配線する内部に堆積されなければならない。
【００１４】
ライン寸法が縮小するとき、ＰＥＡＬＤは、このような薄膜の主要な候補として現れた。例えば、薄いバリア層は、自己制限的（ｓｅｌｆ−ｌｉｍｉｔｉｎｇ）ＡＬＤプロセス、例えばＰＥＡＬＤを使用して、好ましくは実行される。その理由は、それは、複雑な高いアスペクト比形態に対し良好な一様性を提供するからである。自己制限的蒸着特性を達成するために、ＰＥＡＬＤプロセスは、異なるプロセスガス（例えば、膜プリカーサおよび還元ガス）交互にすることを含み、それによって、膜プリカーサは、第１のステップで基板表面に吸着され、そして、それで第２のステップで所望の膜を形成するように還元された。
【００１５】
真空チャンバの２つのプロセスガスの交替のために、堆積は、相対的に遅い堆積速度でなされる。
【００１６】
本発明の発明者は、ＰＥＡＬＤプロセスにおける第１の（プラズマ無し）ステップ、すなわち膜プリカーサ吸着が、スループットを増加させ、および／またはプロセスガスを維持するために小さい処理空間ボリュームからの利益を得ることができると認識し、一方でより大きい処理空間ボリュームは、ＰＥＡＬＤプロセスにおける第２の（プラズマアシストされた還元）ステップの間、均一なプラズマを維持するのに必要とされると認識した。
【００１７】
したがって、それは、関連する出願として「熱およびプラズマ増強蒸着を実行するための方法およびシステム（ＭＥＴＨＯＤ  ＡＮＤ  ＳＹＳＴＥＭ  ＦＯＲ  ＰＥＲＦＯＲＭＩＮＧ  ＴＨＥＲＭＡＬ  ＡＮＤ  ＰＬＡＳＭＡ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」および「プラズマ増強原子層堆積のための堆積システムおよび方法（Ａ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＳＹＳＴＥＭ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＰＬＡＳＭＡ  ＥＮＨＡＮＣＥＤ  ＡＴＯＭＩＣ  ＬＡＹＥＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ）」に異なるプロセスまたはステップに適応する処理空間のサイズを変化することが記載されている。
【００１８】
加えて、本発明も、望ましく、ＰＥＡＬＤプロセスが、基板が処理チャンバとの間で移送される移送空間から実行される処理空間を分離する。処理空間および移送空間の物理的なアイソレーションは、被処理基板のコンタミネーションを減少する。ＣＶＤおよびＡＬＤプロセスが、他の堆積技術、例えば物理蒸着（ＰＶＤ）より「汚い（ｄｉｒｔｉｅｒ）」と知られているので、処理空間および移送空間の物理的なアイソレーションは、処理チャンバから、中心の移送システムに組み合わせられる他の処理チャンバまで、コンタミネーションの移送を更に減少することができる。したがって、本発明の一態様は、移送空間からの処理空間のアイソレーションを提供し、維持する。したがって、本発明の別の態様は、処理空間のサイズを変化している間、移送空間からの処理空間のアイソレーションを提供し、維持する。
【００１９】
更に、ＣＶＤおよびＡＬＤプロセスのために使用される材料は、ますますより複雑になる。例えば、金属含有膜を堆積させるときに、金属ハロゲン化物の膜プリカーサ、または有機金属の膜プリカーサは利用される。このように、処理チャンバは、堆積システムの壁上に、プリカーサ残渣、若しくは部分的に分解されたプリカーサ残渣、またはその両方によって多くの場合汚染される。その結果、真空バッファチャンバは、他の処理チャンバにプロセスウェハを移送する真空の（ｉｎ  ｖａｃｕｏ）移送システムから堆積システムをアイソレートするように使用された。しかしながら、バッファチャンバは、全体の製造プロセスに対し、より多くの費用および時間を追加する。
【００２０】
チャンバ表面上の膜プリカーサ残渣を減少する１つの方法は、プリカーサの累積が生じ得ないポイントまで、処理チャンバの表面の温度を増加させることである。しかしながら、本発明の発明者は、このような高温チャンバ（特にエラストマシールが使用されるときに）によって（真空）処理チャンバの外側からの空気および水蒸気、つまりは汚染物質が封止（ｓｅａｌ）を通って浸透することが起こることがあり得ると認識した。例えば、より低い温度の別のチャンバコンポーネントを有し、昇温された温度に１つのチャンバコンポーネントを維持する間、発明者は、シール部材が従来のシーリングスキームによって使用されるエラストマシールを含むとき、チャンバの外部から処理チャンバコンタミネーションが増加することを観測した。
【００２１】
それ故、本発明の別の態様は、プロセスの間、処理チャンバの移送空間から処理空間を物理的に分離させることであり、このことにより、移送空間領域内のコンタミネーションを減少するようにより低い温度で移送空間表面を維持する一方、膜プリカーサ累積を減少するために相対的に高い温度で処理空間表面を維持することである。
【００２２】
図１Ａに示すように、本発明の１つの実施形態で、堆積システム１０１は、薄膜のような材料堆積物が形成される基板１２５を支持するように構成された基板ステージ１２０を有する処理チャンバ１１０を含む。処理チャンバ１１０は、アセンブリ１３０が基板ステージ１２０に組み合わせられるときに、処理空間１８０を規定するように構成された上部チャンバと、移送空間１８２を規定するように構成された下部チャンバアセンブリ１３２とを更に含む。オプションとして、図１Ｂに示すように、中間のセクション１３１（すなわち中間チャンバ（ｍｉｄ―ｃｈａｍｂｅｒ）アセンブリ）は、上部チャンバアセンブリ１３０を下部チャンバアセンブリ１３２に接続するために、堆積システム１０１’で使われることができる。加えて、堆積システム１０１は、第１のプロセス材料、第２のプロセス材料、またはパージガスを処理チャンバ１１０に導入するように構成されたプロセス材料供給システム１４０を含む。加えて、堆積システム１０１は、処理チャンバ１１０に組み合わせられ、処理チャンバ１１０のプラズマを生成するように構成された第１の電源１５０と、基板ステージ１２０に組み合わせられ、基板１２５の温度を上昇し、制御するように構成された基板温度コントロールシステム１６０とを含む。加えて、堆積システム１０１は、処理チャンバ１１０および基板ホルダ１２０に組み合わせられ、基板１２５に隣接する処理空間１８０のボリュームを調整するように構成されたプロセスボリューム調整システム１２２を含む。例えば、プロセスボリューム調整システム１８０は、基板１２５を処理するための第１の位置（図１Ａおよび図１Ｂを参照）と、処理チャンバ１１０との間で基板１２５を移送するための第２の位置（図２Ａおよび図２Ｂを参照）との間で基板ホルダ１２０を垂直に移動するように構成されることができる。
【００２３】
さらにまた、堆積システム１０１は、処理空間１８０に組み合わせられる第１の真空ポンプ１９０を含み、そこにおいて、第１の真空バルブ１９４は、処理空間１８０に供給される排気速度を制御するのに利用される。堆積システム１０１は、移送空間１８２に組み合わせられた第２の真空ポンプ１９２を含み、そこにおいて、第２の真空バルブ１９６は、必要に応じて、移送空間１８２から第２の真空ポンプ１９２をアイソレートするために利用される。
【００２４】
更にその上、堆積システム１０１は、処理チャンバ１１０、基板ホルダ１２０、上部アセンブリ１３０、下部アセンブリ１３２、プロセス材料供給システム１４０、第１の電源１５０、基板温度コントロールシステム１６０、プロセスボリューム調整システム１２２、第１の真空ポンプ１９０、第１の真空バルブ１９４、第２の真空ポンプ１９２、および第２の真空バルブ１９６に組み合わせられることができるコントローラ１７０を含む。
【００２５】
堆積システム１０１は、２００ｍｍ基板、３００ｍｍの基板、またはより大きいサイズの基板を処理するように構成されることができる。事実、当業者によって理解されるように、堆積システムがそれらのサイズを問わず基板、ウェハ、またはＬＣＤを処理するように構成されることができることは、意図される。基板は、処理チャンバ１１０に導入されることができ、基板リフトシステム（図示せず）を介して基板ホルダ１２０の上面に、および上面からリフトされることができる。
【００２６】
プロセス材料供給システム１４０は、処理チャンバ１１０に第１のプロセス材料を、および処理チャンバ１１０に第２のプロセス材料を交互に導入するように構成された第１のプロセス材料供給システム、および第２のプロセス材料供給システムを含むことができる。第１のプロセス材料の導入と、第２のプロセス材料の導入との交替は、周期的であり得て、または、それは、第１および第２のプロセス材料の導入の間の可変的な時間によって周期的であり得る。第１のプロセス材料は、例えば、膜プリカーサ、例えば基板１２５の上に形成される膜内に見つかる主要な原子、または分子種を有する組成を含むことができる。例えば、膜プリカーサは、固相、液相、または気相として始まることができ、そして、気相で処理チャンバ１１０に供給されることができる。第２のプロセス材料は、例えば、還元剤を含むことができる。例えば、還元剤は、固相、液相、または気相として始まることができ、そして、それは、気相で処理チャンバ１１０に供給されることができる。ガス状の膜プリカーサおよび還元ガスの実施例は、下で挙げられる。
【００２７】
加えて、プロセス材料供給システム１４０は、処理チャンバ１１０に、第１のプロセス材料および第２のプロセス材料の、それぞれの導入の間、処理チャンバ１１０にパージガスを導入するように構成されることができるパージガス供給システムを更に含むことができる。パージガスは、不活性ガス、例えば希ガス（すなわちヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、クリプトン）または窒素（および、窒素含有ガス）または水素（および水素含有ガス）を含むことができる。
【００２８】
プロセスガス供給システム１４０は、１つ以上の材料ソース、１つ以上の圧力制御装置、１つ以上の流量制御装置、１つ以上のフィルタ、１つ以上のバルブ、または１つ以上のフローセンサを含むことができる。プロセスガス供給システム１４０は、プレナム１４２に１つ以上のプロセスガスを供給することができ、そして、それを介して、ガスは、注入プレート１４４の複数のオリフィス１４６に分散される。注入プレート１４４の複数のオリフィス１４６は、処理空間１８０の中でプロセスガスの分布を容易にする。シャワーヘッドデザインは、周知のように、処理空間１８０に均等に第１および第２のプロセスガス材料を分配するために用いられることができる。典型的なシャワーヘッドは、係属中の米国特許出願公開番号２００４０１２３８０３号において更に詳細に記載されている。そして、それの全体の内容は、参照によって、ここに取り入れられ、先の、米国シリアル番号１１／０９０，２５５号を参照することよって、取り入れられる。
【００２９】
図１Ａに戻って参照して、堆積システム１０１は、熱堆積プロセス（すなわちプラズマを利用していない堆積プロセス）、例えば熱原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、または熱化学気相成長（ＣＶＤ）プロセスを実行するように構成されることができる。別の形態として、堆積システム１０１は、第１のプロセス材料または第２のプロセス材料のどちらかでプラズマがアクティブにされ得るプラズマ増強堆積プロセスに対して構成されることができる。プラズマ増強堆積プロセスは、プラズマ増強ＡＬＤ（ＰＥＡＬＤ）プロセス、または、それは、プラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスを含むことができる。
【００３０】
ＰＥＡＬＤプロセスで、第１のプロセス材料、例えば膜プリカーサと、第２のプロセス材料、例えば還元ガスとは、シーケンシャルに、および、交互に、基板上に薄膜を形成するように導入される。例えば、ＰＥＡＬＤプロセスを使用してタンタル含有膜を作成するときに、膜プリカーサは、金属ハロゲン化物（例えば五塩化タンタル）、または有機金属（例えば、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３；以下ではＴＡＩＭＡＴＡ（登録商標）と称する；さらに詳細は、米国特許番号６，５９３，４８４号に示す）を含むことができる。この例では、還元ガスは、水素、アンモニア（ＮＨ３）、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、若しくはＮ２Ｈ３ＣＨ３、またはそれらのいずれかの組合せを含むことができる。
【００３１】
膜プリカーサは、基板１２５の露出表面上に膜プリカーサの吸着が生じるために、第１の期間の間、処理チャンバ１１０に導入される。望ましくは、材料の単分子層吸着は、起こる。その後、処理チャンバ１１０は、第２の時間の間、パージガスによってパージされる。基板１２５上に膜プリカーサを吸着した後に、還元ガスは、第３の時間の間、処理チャンバ１１０に導入され、一方で、例えば、パワーが第１の電源１５０から還元ガスまで上部アセンブリ１３０を介して結合される。例えば、所望のＴａ含有膜を形成するために吸着されたＴａ膜プリカーサを還元するように吸着されたＴａ膜プリカーサと反応することができる原子状水素のような解離された種を形成するために、還元ガスへのパワーの結合が還元ガスを加熱し、したがって、還元ガスのイオン化および解離が生じる。十分な厚さの層を含むＴａが発生されるまで、このサイクルは繰り返されることができる。
【００３２】
更に、第２のプロセス材料は、並行に、または処理空間１８０のボリュームがＶ１からＶ２まで増加される時間に殆ど直ちに導入される。パワーは、第１の電源１５０から第２のプロセス材料まで基板ステージ１２０を介して結合されることができる。第２のプロセス材料へのパワーの結合は、第２のプロセス材料を加熱し、したがって、第１のプロセス材料の吸着された構成要素を還元するために第２のプロセス材料のイオン化および解離（すなわちプラズマ形成）が起こされる。処理チャンバは、別の期間の間、パージガスによってパージされることができる。第２のプロセス材料がある間、第１のプロセスガス材料の導入、第２のプロセス材料の導入、およびプラズマの形成は、所望の厚さの膜を生成するように多くの回数繰り返すことができる。
【００３３】
さらに、第１のプロセスガス材料が処理空間を通過し、基板の表面上に第１のプロセス材料のある割合いが吸着するように、第１のボリューム（Ｖ１）は十分に小さくなり得る。処理空間の第１のボリュームが減少されるように、基板表面上の吸着のために必要な第１のプロセス材料の量は減少され、第１の処理空間の中で第１のプロセス材料を交換するのに必要とする時間は、短縮される。例えば、処理空間の第１のボリュームが減少されるとき、したがって、滞留時間は、短縮される。そして、第１の期間の短縮を可能にする。
【００３４】
図１に示すように、処理空間１８０は、基板ステージ１２０、基板ステージ１２０上のフランジ３０２、および上部チャンバアセンブリ１３０からの延長３０４によって移送空間１８２から分離される。このように、処理空間と、移送空間と（後で詳しく議論される）の間のガス流れを密封するかまたは少なくとも妨げるために、延長３０４のベースにシール機構があることができる。したがって、移送空間の表面が下部アセンブリ１３２（側壁を含む）および中間のセクション１３１、並びに上部アセンブリ１３２のコンタミネーションを減少するために低下された温度で維持されることができる一方、処理空間１８０の表面は、その空間を囲んでいる表面上のプロセス残渣の累積を予防するために昇温状態で維持されることができる。
【００３５】
移送空間から処理空間の分離に関しては、本発明の１つの実施形態において、低下された温度の下部チャンバアセンブリ１３２から、上昇された上部チャンバアセンブリ１３０の熱分離を含む。熱分離のために、延長３０４は、放射シールドとして機能することができる。さらに、内側のチャネル３１２を含む延長３０４は、延長３０４を囲む移送空間１８２に延長部材を横切る熱流を制限している熱インピーダンスとして機能することができる。
【００３６】
熱分離の別の実施例において、冷却チャンネルは、図１Ａに示すように、下部チャンバアセンブリ１３２の近くの、若しくは図１Ｂで示すように中間のセクション１３１の近くの上部チャンバアセンブリ１３０に提供されることができ、または中間のセクション１３１に提供されることができる。更に、上部チャンバアセンブリ１３０および中間のセクション１３１に対する材料の熱伝導率は、異なることがあり得る。例えば、上部チャンバアセンブリ１３０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできていることがあり得て、中間のセクション１３１は、ステンレス鋼でできていることがあり得る。下部チャンバアセンブリ１３２は、、アルミニウムまたはアルミニウム合金でできていることがあり得る。
【００３７】
一つの実施例において、蒸着プロセスは、Ｔａ膜プリカーサ、例えばＴａＦ５、ＴａＣｌ５、ＴａＢｒ５、Ｔａｌ５、Ｔａ（ＣＯ）５、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］５（ＰＥＭＡＴ）、Ｔａ［Ｎ（ＣＨ３）２］５（ＰＤＭＡＴ）、Ｔａ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］５（ＰＤＥＡＴ）、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３（ＴＢＴＤＥＴ）、Ｔａ（ＮＣ２Ｈ５）（Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２）３、Ｔａ（ＮＣ（ＣＨ３）２Ｃ２Ｈ５）（Ｎ（ＣＨ３）２）３、若しくはＴａ（ＮＣ（ＣＨ３）３）（Ｎ（ＣＨ３）２）３を基板表面に吸着し、次にＨ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２、またはＮ２Ｈ３ＣＨ３のような還元ガス若しくはプラズマにさらすことによって、タンタル（Ｔａ），タンタル炭化物、タンタル窒化物、またはタンタル炭窒化物を堆積させるのに用いられることができる。
【００３８】
別の実施例において、チタン（Ｔｉ）、窒化チタン、またはチタン炭窒化物は、Ｔｉプリカーサ、例えばＴｉＦ４、ＴｉＣｌ４、ＴｉＢｒ４、Ｔｉｌ４、Ｔｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５ＣＨ３）］４（ＴＥＭＡＴ）、Ｔｉ［Ｎ（ＣＨ３）２］４（ＴＤＭＡＴ）、またはＴｉ［Ｎ（Ｃ２Ｈ５）２］４（ＴＤＥＡＴ）、並びに、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２またはＮ２Ｈ３ＣＨ３を含む還元ガスまたはプラズマを使用して堆積されることができる。
【００３９】
別の例として、タングステン（Ｗ）、タングステン窒化物、またはタングステン炭窒化物は、Ｗプリカーサ、例えばＷＦ６、またはＷ（ＣＯ）６、並びに、Ｈ２、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２、Ｎ２Ｈ４、ＮＨ（ＣＨ３）２またはＮ２Ｈ３ＣＨ３を含んでいる還元ガスおよびプラズマを使用して堆積させることができる。
【００４０】
他の例では、モリブデン（Ｍｏ）は、Ｍｏプリカーサ、例えばモリブデン六フッ化物（ＭｏＦ６）、および、Ｈ２を含む還元ガスまたはプラズマを使用して堆積されることができる。
【００４１】
他の例では、Ｃｕは、Ｃｕを含有する有機金属化合物を有するＣｕプリカーサ、例えば商品名ＣｕｐｒａＳｅｌｅｃｔ（登録商標）によって知られたシューマッハー、エアプロダクツアンドケミカルズのユニット会社（１９６９  パロマーオークウェイ、カールズバッド、カリフォルニア  ９２００９）から入手可能なＣｕ（ＴＭＶ）（ｈｆａｃ）、または無機化合物、例えばＣｕＣｌを使用して堆積されることができる。還元ガスまたはプラズマは、Ｈ２，Ｏ２、Ｎ２、ＮＨ３またはＨ２Ｏのうちの少なくとも１つを含むことができる。ここで使用しているように、用語「Ａ，Ｂ、Ｃ、…またはＸのうちの少なくとも１つ」は、記載された素子または記載された素子の１つより多くのもののいずれかの組合せを称する。
【００４２】
蒸着プロセスの別の実施例において、酸化ジルコニウムを堆積させるときに、Ｚｒプリカーサは、Ｚｒ（ＮＯ３）４またはＺｒＣ１４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏを含むことができる。
【００４３】
酸化ハフニウムを堆積させるときに、Ｈｆプリカーサは、Ｈｆ（ＯＢｕｔ）４、Ｈｆ（ＮＯ３）４、またはＨｆＣ１４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏを含むことができる。他の例では、ハフニウム（Ｈｆ）を堆積させるときに、Ｈｆプリカーサは、ＨｆＣ１４を含むことができ、第２のプロセス材料は、Ｈ２を含むことができる。
【００４４】
ニオブ（Ｎｂ）を堆積させるときに、Ｎｂプリカーサは、五塩化ニオブ（ＮｂＣ１５）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。
【００４５】
亜鉛（Ｚｎ）を堆積させるときに、Ｚｎプリカーサは、二塩化亜鉛（ＺｎＣ１２）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。
【００４６】
酸化シリコンを堆積させるときに、Ｓｉプリカーサは、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、ＳｉＨ２Ｃｌ２、ＳｉＣ１４、またはＳｉ（ＮＯ３）４を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２ＯまたはＯ２含むことができる。他の例では、窒化シリコンを堆積させるときに、Ｓｉプリカーサは、ＳｉＣ１４またはＳｉＨ２Ｃｌ２を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３、またはＮ２およびＨ２を含むことができる。他の例では、ＴｉＮを堆積させるときに、Ｔｉプリカーサは、硝酸チタン（Ｔｉ（ＮＯ３））を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３を含むことができる。
【００４７】
蒸着プロセスの別の実施例において、アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌプリカーサは、塩化アルミニウム（Ａ１２Ｃ１６）またはトリメチルアルミニウム（Ａｌ（ＣＨ３）３）を含むことができ、還元ガスは、Ｈ２を含むことができる。窒化アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌプリカーサは、アルミニウム三塩化物またはトリメチルアルミニウムを含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３、またはＮ２およびＨ２を含むことができる。他の例では、酸化アルミニウムを堆積させるときに、Ａｌプリカーサは、塩化アルミニウムまたはトリメチルアルミニウムを含むことができ、還元ガスは、Ｈ２Ｏ、またはＯ２およびＨ２を含むことができる。
【００４８】
蒸着プロセスの別の実施例において、ＧａＮを堆積させるときに、Ｇａプリカーサは、硝酸ガリウム（Ｇａ（ＮＯ３）３）またはトリメチルガリウム（Ｇａ（ＣＨ３）３）を含むことができ、還元ガスは、ＮＨ３を含むことができる。
【００４９】
さまざまな材料層を形成するための上記実施例において、堆積されるプロセス材料は、金属膜、金属窒化膜、金属炭窒化物膜、金属酸化膜、または金属ケイ酸塩膜のうちの少なくとも１つを含むことができる。例えば、堆積されるプロセス材料は、タンタル膜、タンタル窒化膜、またはタンタル炭窒化物膜のうちの少なくとも１つを含むことができる。別の形態として、例えば、堆積されるプロセス材料は、例えば、１つの金属ラインを別の金属ラインに接続するためのまたは金属ラインを半導体デバイスのソース／ドレイン接点に接続するためのビアを金属被覆するために堆積するＡｌ膜、またはＣｕ膜を含むことができる。ＡｌまたはＣｕ膜は、上記の通りにＡｌおよびＣｕのためのプリカーサを使用してプラズマプロセスの有無にかかわらず形成されることができる。別の形態として、例えば、堆積されるプロセス材料は、半導体デバイスの金属ラインまたはゲート構造に対する例えば上記のような絶縁被膜を形成するために、堆積させるジルコニウム酸化膜、ハフニウム酸化膜、ハフニウムケイ酸塩膜、シリコン酸化膜、窒化シリコン膜、チタン窒化膜、および／またはＧａＮ膜を含むことができる。
【００５０】
更に、シランおよびジシランは、シリコンベースまたはシリコン含有膜の堆積のためのシリコンプリカーサとして使われることがあり得る。Ｇｅｒｍａｎｅは、ゲルマニウムベースまたはガルマニウム含有膜の堆積のためのゲルマニウムプリカーサとして使用されることがあり得る。このように、堆積されるプロセス材料は、半導体デバイスの導電性ゲート構造を形成するために、例えば堆積される金属シリサイド膜、および／またはゲルマニウム含有膜を含むことができる。
【００５１】
なお図１Ａを参照して、堆積システム１０１は、処理チャンバ１１０に第１のプロセス材料および第２のプロセス材料の導入を交替している少なくとも一部の間、プラズマを生成するように構成されたプラズマ発生システムを含む。プラズマ発生システムは、処理チャンバ１１０に組み合わせられ、処理チャンバ１１０の第１のプロセス材料、若しくは第２のプロセス材料、または両方に対してパワーを結合させるよう構成されている第１の電源１５０を含むことができる。第１の電源１５０は、ラジオ周波数（ＲＦ）発生器およびインピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を含むことができ、および、ＲＦ電力が処理チャンバ１１０のプラズマに結合される電極（図示せず）を更に含むことができる。電極は、基板ステージ１２０内に形成されることができ、または上部アセンブリ１３０に形成されることができ、および基板ステージ１２０に向かい合わせるように構成されることができる。基板ステージ１２０は、直流電圧、または、ＲＦ発振器（図示せず）からインピーダンス整合ネットワーク（図示せず）を通して基板ステージ１２０にＲＦ電力の伝達を介するＲＦ電圧によって、電気的にバイアスをかけられることができる。
【００５２】
インピーダンスマッチングネットワークは、電極およびプラズマを含む処理チャンバの入力インピーダンスにマッチングネットワークの出力インピーダンスを適合させることによってＲＦ発振器からプラズマまでのＲＦ電力の移送を最適化するように構成されることができる。例えば、インピーダンスマッチングネットワークは、反射されたパワーを減少することによってプラズマ処理チャンバ１１０のプラズマへのＲＦ電力の移送を改良するのに役立つ。マッチングネットワークトポロジ（例えばＬ−タイプ、π−タイプ、Ｔ―タイプなど）および自動制御法は、当業者にとって周知である。ＲＦ電力に対する典型的な周波数は、約０．１ＭＨｚから約１００ＭＨｚまでの範囲である。別の形態として、ＲＦ周波数は、例えば、ほぼ４００ｋＨｚからほぼ６０ＭＨｚまでの範囲とすることができる。例えば更なる実施例として、ＲＦ周波数は、ほぼ１３．５６または２７．１２ＭＨｚであり得る。
【００５３】
なお、図１Ａを参照し、堆積システム１０１は、基板ステージ１２０に組み合わせられ、基板１２５の温度を上昇し、制御させるように構成された基板温度コントロールシステム１６０を含む。基板温度コントロールシステム１６０は、温度コントロール素子、例えば基板ステージ１２０から熱を受け、熱交換器システム（図示せず）へ熱を移送し、加熱するときには、熱交換器システムから熱を移送する再循環クーラントフローを含む冷却システムを含む。加えて、温度コントロール素子は、加熱／冷却素子、例えば抵抗加熱部材を含むことができ、または、熱電式ヒータ／冷却器は、基板ホルダ１２０内に、同じく処理チャンバ１１０のチャンバ壁、および堆積システム１０１内の他のいかなるコンポーネントにも含まれることができる。
【００５４】
基板１２５と、基板ステージ１２０との間の熱移送を改良するために、基板ステージ１２０は、基板ステージ１２０の上面に基板１２５を固定するために、機械的なクランピングシステムまたは電気的なクランピングシステム、例えば静電クランピングシステムを含むことができる。さらにまた、基板ホルダ１２０は、基板１２５と、基板ステージ１２０との間のガスギャップ熱伝導を改良するために基板１２５の裏面にガスを導入するように構成された基板裏面ガス給送システムを更に含むことができる。このようなシステムは、基板の温度コントロールが上昇したか低下された温度で必要とされるときに、利用されることができる。例えば、基板裏面ガスシステムは、２−ゾーンガス分配システムを含むことができ、そこにおいて、ヘリウムガスギャップ圧力は、基板１２５のセンターおよびエッジの間で独立して変化されることがあり得る。
【００５５】
さらにまた、処理チャンバ１１０は、第１の真空ポンプ１９０と、第２の真空ポンプ１９２とに更に組み合わせられる。第１の真空ポンプ１９０は、ターボ分子ポンプを含むことができ、第２の真空ポンプ１９２は、クライオポンプ（ｃｒｙｏｇｅｎｉｃ  ｐｕｍｐ）を含むことができる。
【００５６】
第１の真空ポンプ１９０は、１秒あたり約５０００リットル（および、より高い）までの排気速度が可能なターボ分子真空ポンプ（ＴＭＰ）を含むことができ、バルブ１９４は、チャンバ圧力をスロットル制御するためのゲートバルブを含むことができる。ドライプラズマエッチングのために利用される従来のプラズマ処理装置において、１秒あたり１０００〜３０００リットルのＴＭＰは、通常、使用される。さらに、チャンバ圧力をモニタリングするためのデバイス（図示せず）は、処理チャンバ１１０に組み合わせられることができる。圧力を測定するデバイスは、例えば、ＭＫＳ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ社（アンドーバー、ＭＡ）から市販されているタイプ６２８Ｂ  Ｂａｒａｔｒｏｎ絶対キャパシタンスマノメータであり得る。
【００５７】
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、第１の真空ポンプ１９０は、基板１２５の平面より上に位置づけられるように、処理空間１８０に組み合わせられることができる。しかしながら、第１の真空ポンプ１９０は、例えば、粒子汚染を減少するために、基板１２５の平面の下の位置から処理空間１８０を排気するように、処理空間１８０にアクセスするように構成されることができる。処理空間１８０からの排気の位置と、第１の真空ポンプ１９０に対する注入口との間に組み合わせられる流体は、最大限の流れのコンダクタンスのために設計されることができる。代わりとして、処理空間１８０からの排気位置と、第１の真空ポンプ１９０に対する注入口との間の流体は、実質的に一定の断面積に対して設計されることができる。
【００５８】
１つの実施形態において、第１の真空ポンプ１９０は、上部チャンバアセンブリ１３０より上に位置づけられ、それの上面に組み合わせられる（図１Ａを参照）。第１の真空ポンプ１９０の注入口１９１は、少なくとも１つの環状のボリューム、例えばポンピング流路３１２に組み合わせられ、それは、１つ以上の開口３０５に延長３０４を介して組み合わせられ、基板１２５の平面の下の位置で処理空間１８０にアクセスする。１つ以上の開口３０５は、１つ以上のスロット、１つ以上のオリフィス、またはそれらのいずれかの組合せを含むことができる。
【００５９】
別の実施形態において、第１の真空ポンプ１９０は、上部チャンバアセンブリ１３０より上に位置づけられ、それの上面に組み合わせられる（図１Ａを参照）。
【００６０】
第１の真空ポンプ１９０の注入口１９１は、第２の環状のボリュームに順番に組み合わせられる第１の環状のボリュームに組み合わせられ、それによって第１の環状のボリュームおよび第２の環状のボリュームは、１つ以上の排気ポートを介して組み合わせられる。第２の環状のボリュームは、ポンピング流路３１２に組み合わせられることができ、それは、１つ以上の開口３０５に延長３０４を介して組み合わせられ、基板１２５の平面の下の位置で処理空間１８０にアクセスする。例えば、１つ以上の排気ポートは、第１の環状のボリュームと、第２の環状のボリュームとの間の直径方向に互いに（すなわち、１８０度別々の）向かい合わせている２つのスルーホールを含むことができる。しかしながら、排気ポートの数は、より多くまたは少なくでき、それらの位置は変化することができる。加えて、例えば、１つ以上の開口３０５は、直径方向に互いに（すなわち、１８０度別々の）向かい合わせている２つのスロットを含むことができる。さらにまた、各々のスロットは、方位方向（ａｚｉｍｕｔｈａｌ  ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ）でほぼ１２０度延びることができる。しかしながら、開口３０５の数は、より多くまたは少なくでき、それらの位置およびサイズは、変化することができる。
【００６１】
上記の如く、上部チャンバアセンブリ１３０と、下部チャンバアセンブリ１３２との間の密封を失うことなく処理空間１８０のボリュームを調整することが可能なことは、望ましい。図３，図４、図５、および図６は、堆積システム１０１がプロセスする構成にあるときに、上部チャンバアセンブリ１３０で基板ステージ１２０を密封（シーリング）する（および、可動に密封する）ためのいくつかの実施形態を示す。このように、システムは、処理空間と、移送空間との間のガスの流れを妨げるシール部材を含む。実際、実施例において、シール部材の封止は、処理空間の真空環境を移送空間の真空環境から分離する。処理空間を移送空間から分離する真空によって、密封は、処理空間と、移送空間との間のリークを１０−３Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満に減少することが可能で、好ましくは１０−４Ｔｏｒｒ−ｌ／ｓ未満である。
【００６２】
図３は、基板ステージ１２０のフランジ３０２と、上部チャンバアセンブリ１３０からの延長３０４との間の封止を生じるための封止構成を示す概略図である。図３に示すように、封止３０６は、基板ステージ１２０のフランジ３０２の溝３０８に位置づけされる。封止３０６の詳細は、後述する。図３にて図示したように、封止３０６は、延長３０４の下部プレート３１０（すなわちシールプレート）に接触させる。ポンピング流路３１２は、プロセス領域１８０からポンプ１９０までのガスを排気するために、延長３０４に提供される。図３に示される構成は、十分な封止を提供するが、封止の損失なしでかなりの縦型移動に適応するものではない。例えば、封止が下部プレート３１０との接触を離れるに先だって、封止３０６の厚さのほぼ半分と同等の距離未満の上下運動だけは許容される。
【００６３】
あるアプリケーションにおいて、図３において可能にされるより大きい移動は、望ましい。そのような構成は、図４に示される。図４は、基板ステージ１２０のフランジ３０２と、上部チャンバアセンブリ１３０からの延長３０４と間の封止を生ずるための封止構成を示している概略図である。図４に示すように、封止３１４は、たて方向において延びている。図４の実施形態において、封止３１４は三角形断面を有する。そして、それの頂点は、下部プレート３１０に接触する。
【００６４】
更に、本発明の１つの実施形態で、下部プレート３１０は、封止３１４を不注意による材料堆積、または上記の還元剤を生成するプラズマのようなプラズマ種にさらされることから保護するために、フランジ３０２の方へ延びる保護ガード３１６を含む。テーパー付きの封止３１４で接触する点の上方への基板ステージ１２０の運動に適応するために、凹部３１８は、基板ステージ１２０のフランジ３０２に提供される。このように、図４に示される構成は、図３に示される封止構成より大きい移動を可能にする。ガード３１６の利用によって、封止３１６は、保護されていることができ、材料堆積物またはプラズマ変質により影響されにくくなることができる。
【００６５】
図５は、基板ステージ１２０のフランジ３０２と、上部チャンバアセンブリ１３０からの延長３０４との間の封止を生ずるための封止構成を示す概略図である。図５において記載される封止構成は、図３および図４に示される封止構成より高い縦方向の基板ステージ１２０の移動さえ可能にする。本発明の一実施態様において、下部プレート３１０は、接点プレート３２２（すなわちシールプレート）を有するベローズユニット３２０に接続する。
【００６６】
この構成において、初期の封止をするように、封止３０６を介して縦型移動の基板ステージ１２０は、接点プレート３２２に接触する。基板ステージ１２０が垂直に更に移動するときに、ベローズユニット３２０は封止の損失なしに更なる縦型移動を可能にするように圧縮している。図４の封止構成に同様である図５に示すように、ガード３２４は、ベローズユニット３２０を不注意による材料堆積から保護するために、本発明の１つの実施形態において提供されることができる。ステンレス鋼のような金属材料であるベローズユニット３２０は、プラズマ曝露から劣化をうけやすくない。更に、図４において、凹部３２６は、基板ステージ１２０のフランジ３０２に提供されることができる。ガード３２４の利用によって、ベローズユニット３２０は、保護されていることができ、材料堆積物により影響されにくくできる。
【００６７】
図６は、基板ステージ１２０のフランジ３０２と、上部チャンバアセンブリ１３０からの延長３０４との間の封止を生ずる封止構成を示す概略図である。図６に記載される封止構成は、図３および図４に示される封止構成より大きい基板ステージ１２０の移動さえ可能にする。本発明の一実施態様において、下部プレート３１０は、スライダ−ユニット３２８に接続する。スライダユニット３２８は、基板ステージ１２０のフランジ３０２上に対応したレセプタプレート３３２を係合する縦方向に延びている少なくとも１つの長手方向のプレート３３０を有する。
【００６８】
図６に示すように、本発明の一実施態様において、封止を提供するために、長手方向のプレート３３０またはレセプタプレート３３２のいずれかの側壁に配置されている封止３３４が存在する。本発明の１つの実施形態において、レセプタプレート３３２は、封止３３４を不注意による材料堆積またはプラズマ劣化から保護するために、フランジの凹部３３６に配置されている。更に、封止３３４は、標準のＯリングまたは好ましくは図６で示す先細エラストマシールであり得て、そこにおいて、封止は、例えば、頂点がポイントである三角形断面を有し、基板ステージ１２０のフランジ３０２と、上部チャンバアセンブリ１３０との間を密封する。図６において記載される封止構成は、図３および図４に示される封止構成より、封止の損失のない基板ステージのより高い移動さえ可能にする。長手方向のプレート３３０は、材料堆積物またはプラズマ劣化から封止３３４の保護を提供する。
【００６９】
図４〜図６に示される封止構成において、例えば、処理空間１８０の第２のボリューム（Ｖ２）が、第２のプロセス材料からのプラズマの形成が、処理空間１８０と、下部アセンブリ１３２との真空の間の封止の損失なしに、基板より上に均一なプラズマの形成に至るボリュームにセットされることである。プロセスジオメトリに相当する均一性のプラズマプロセスジオメトリを提供することが可能な本発明に係る能力は、異なる処理システムの間に基板を移送することを必要とすることなしに、同じシステムの連続的なプロセスまたはプロセスステップ、言い換えればプラズマ無しおよびプラズマあり、を実行するように本発明を可能にする。そして、このことによりプロセス時間を節約し、プロセス膜の間のインターフェースでの表面汚染を減少する。そして、その結果として、膜に対して改良された材料特性に至る。
【００７０】
図７は、本発明の１つの実施形態に係るプロセスのプロセスフロー図を示す。図７のプロセスは、図１〜図２または他のいかなる適切な処理システムの処理システムによっても実行されることができる。図７に示すように、ステップ７１０で、プロセスは、基板を処理システムの移送空間から絶縁された真空である処理システムの処理空間に配置することを含む。ステップ７２０において、移送空間から真空アイソレーションを維持する一方、基板は、処理空間の第１の位置、または第２の位置のどちらかで処理される。ステップ７３０において、材料は、第１の位置か第２の位置で基板に堆積される。
【００７１】
図７は、本発明の１つの実施形態に係る、プロセスのプロセスフロー図を示す。図７のプロセスは、図１〜図２または他のいかなる適切な処理システムの処理システムによっても実行されることができる。図７に示すように、ステップ７１０で、プロセスは、第１の温度で蒸着システムの第１のアセンブリを維持することを含む。ステップ７２０において、蒸着システムの第２のアセンブリは、第１の温度より低い、低下された温度で維持される。ステップ７３０において、基板は、第２のアセンブリの移送空間から真空アイソレートされる第１のアセンブリの処理空間に配置されている。ステップ７４０において、材料は、基板に堆積される。ステップ７５０において、基板は、蒸着システムの移送位置に移動される。
【００７２】
ステップ７１０および７２０において、第２のアセンブリが１００℃以下で維持される間、第１のアセンブリは、１００℃以上で維持されることができる。ステップ７１０および７２０において、第２のアセンブリが５０℃以下に維持され、第１のアセンブリは、５０℃以上で維持されることができる。
【００７３】
ステップ７４０において、材料を堆積させるために、プロセスガス組成は、材料の蒸着のためのプロセスに導入されることができる。更に、プラズマは、蒸着速度を増強するために、プロセスガス組成から形成されることができる。
【００７４】
ステップ７４０において、堆積する材料は、金属、金属酸化物、金属窒化、金属炭窒化物、または金属シリサイドのうちの少なくとも１つであり得る。例えば、堆積する材料は、タンタル膜、タンタル窒化膜、またはタンタル炭窒化物膜のうちの少なくとも１つであり得る。
【００７５】
蒸着システムは、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、プラズマ増強ＡＬＤプロセス、化学気相成長（ＣＶＤ）プロセス、またはプラズマ増強ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）プロセスのうちの少なくとも１つのために構成されることができる。
【００７６】
ステップ７４０において、プラズマは、処理空間のプロセスガスに０．１から１００ＭＨｚまでの周波数でラジオ周波数（ＲＦ）エネルギを印加することによって形成されることができる。ステップ７４０の間、電極は、ＲＦ電力電源に接続されることができ、処理空間にＲＦエネルギを結合させるように構成されることができる。本発明の一態様において、プラズマを形成する前に、処理空間のボリュームは、プラズマ均一性のためにより貢献する条件を容易にするために広げられる。このように、ステップ７４０の前に、基板ステージは、蒸着プロセスのプラズマ均一性を改良する位置に移動されることができる。例えば、基板ステージは、プラズマ均一性が２００ｍｍの直径の基板に渡って２％より十分に良く、または２００ｍｍの直径の基板に渡って１％より十分に良い位置にセットされることができる。別の形態として、例えば、基板ステージがプラズマ均一性が３００ｍｍの直径の基板に渡って２％より十分に良く、または３００ｍｍの直径の基板に渡って１％より十分に良い位置にセットされることができる。
【００７７】
さらにまた、パージガスは、材料を堆積させた後に導入されることができる。さらに、パージガスの有無にかかわらず、電磁気のパワーは、前記蒸着システムまたは基板のうちの少なくとも１つからの汚染物質を解放するために、蒸着システムに組み合わせられることができる。電磁気のパワーは、プラズマ、紫外光、またはレーザーの形で蒸着システムに組み合わせられることができる。
【００７８】
さらに図１を参照して、コントローラ１７０は、マイクロプロセッサ、メモリ、および、堆積システム１０１と通信し、堆積システム１０１への入力をアクティブにするのに、および同じく堆積システム１０１から出力をモニタするのに十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートを含むことができる。さらに、コントローラ１７０は、処理チャンバ１１０、基板ステージ１２０、上部アセンブリ１３０、下部チャンバアセンブリ１３２、プロセス材料供給システム１４０、第１の電源１５０、基板温度コントロールシステム１６０、第１の真空ポンプ１９０、第１の真空バルブ１９４、第２の真空ポンプ１９２、第２の真空バルブ１９６、およびプロセスボリューム調整システム１２２と情報を交換することができる。例えば、メモリに格納されたプログラムは、エッチングプロセスまたは堆積プロセスを実行するためにプロセスレシピに係る堆積システム１０１の上述したコンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されることができる。
【００７９】
コントローラ１７０は、上記で議論された材料堆積のプロセスを制御しモニタするために、マイクロプロセッサ、メモリ、および、堆積システム１０１（１０１’）と通信して、堆積システム１０１（１０１’）への入力をアクティブにするのに、同じく堆積システム１０１（１０１’）からの出力をモニタするに十分な制御電圧を生成することが可能なデジタルＩ／Ｏポートとを含むことができる。例えば、コントローラ１７０は、図６に関して上で記載されているステップを達成するように実行のためのプログラム命令を含むコンピュータ読み取り可能なメディアを含んでいることができる。さらに、コントローラ１７０は、処理チャンバ１１０、基板ステージ１２０、上部アセンブリ１３０、プロセス材料ガス供給システム１４０、電源１５０、基板温度コントローラ１６０、第１の真空排気システム１９０、および／または第２の真空排気システム１９２と組み合わせられることができ、および、情報を交換することができる。例えば、メモリに格納されたプログラムは、上記のプラズマ無し、またはプラズマ増強堆積プロセスのうちの少なくとも１つを実行するために、プロセスレシピに係る堆積システム１０１（１０１’）の上述したコンポーネントへの入力をアクティブにするために利用されることができる。
【００８０】
コントローラ１７０の１つの実施例は、オースティン、テキサスのデル社から入手可能な、６１０（登録商標）、デルプレシジョンワークステーションである。しかしながら、コントローラ１７０は、メモリに含まれる１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行しているプロセッサに応答して本発明の処理ステップに基づいてマイクロプロセッサの一部または全てを実行する汎用コンピューターシステムとして実行されることができる。このような命令は、別のコンピュータ読み取り可能なメディア（例えばハードディスクまたはリムーバブルメディアドライブ）から、コントローラメモリに読み込まれることができる。マルチプロセッシング装置の１つ以上のプロセッサは、また、主メモリに含まれる命令のシーケンスを実行するために、コントローラマイクロプロセッサとして使用されることができる。代わりの実施例では、配線による回路が、ソフトウェア命令の代わりにまたはそれと結合して用いられることができる。したがって、実施形態は、ハードウェア回路、および、ソフトウェアの何らかの特定の組合せに限定されない。
【００８１】
コントローラ１７０は、本発明の教示に係りプログラムされた命令を保持するために、およびデータ構造、表、レコード、若しくは本発明を実施するのに必要であり得る他のデータを包含するために、少なくとも１つのコンピュータ読み取り可能なメディア、またはメモリ、例えばコントローラメモリを有する。コンピュータ読み取り可能なメディアの実施例は、コンパクトディスク、ハードディスク、フロッピー（登録商標）ディスク、テープ、光磁気ディスク、ＰＲＯＭｓ（ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、フラッシュＥＰＲＯＭ）、ＤＲＡＭ、ＳＲＡＭ、ＳＤＲＡＭ、または、他のいかなる磁気媒体、コンパクトディスク（例えばＣＤ―ＲＯＭ）、または他のいかなる光学的メディア、パンチカード、紙テープまたは孔パターンを有する他の物理メディア、キャリアウェーブ（以下に記載する）、またはコンピュータが読むことができる他のいかなるメディアでもある。
【００８２】
コンピュータ読み取り可能なメディアのどれかひとつ、または組合せたものに保存されて、本発明は、コントローラ１７０を制御するための、本発明を実施するためのデバイスまたはデバイスを駆動するための、および／またはコントローラが人間のユーザと対話することを可能にするためのソフトウェアを含む。このようなソフトウェアは、デバイスドライバ、オペレーティングシステム、開発ツール、およびアプリケーションソフトを含むことができるが、これに限定されるものではない。このようなコンピュータ読み取り可能なメディアは、本発明を実施する際に実行されるプロセスの全てまたは部分（もしプロセスが分散さえるならば）を実行するための本発明のコンピュータプログラム製品を更に含む。
【００８３】
本発明のコンピューターコードデバイスは、スクリプト、解釈可能なプログラム、ダイナミックリンクライブラリ（ＤＬＬ）、Ｊａｖａ（登録商標）クラス、および、完成した実行可能プログラムを含むがこれに限らない何らかの解釈可能なまたは実行可能コード機構であることができる。さらに、本発明のプロセスの部分は、より十分な性能、信頼性、および／または費用に対して分散されることができる。
【００８４】
ここで使用する用語「コンピュータ読み取り可能なメディア」は、実行のためコントローラ１７０のプロセッサに対する命令を提供する際に関係する何らかのメディアを称する。コンピュータ読み取り可能なメディアは、多くの形態をとることができ、不揮発性のメディア、揮発性のメディア、および、伝送メディアを含み、しかし、それらに限定されるものではない。不揮発性のメディアは、例えば、光学的、磁気ディスク、および光磁気ディスク、例えばハードディスクまたはリムーバブルメディアドライブを含む。揮発性のメディアは、ダイナミックメモリ、例えば主メモリを含む。さらに、コンピュータ読み取り可能なメディアの多様な形態は、実行のためのコントローラのプロセッサに対する１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することを含まれることができる。例えば、命令は、まず最初にリモートコンピュータの磁気ディスクに移動されることができる。リモートコンピュータは、遠隔でダイナミックメモリへ、本発明の全てまたは部分を実施するための命令をロードすることができ、および、コントローラ１７０にネットワーク上で命令を送ることができる。
【００８５】
コントローラ１７０は、堆積システム１０１（１０１’）に対して近くで位置づけられることができ、または、それは堆積システム１０１に対して遠く離れて位置づけられることができる。例えば、コントローラ１７０は、直接接続、イントラネット、インターネット、および、ワイヤレス接続のうちの少なくとも１つを用いて、データを堆積システム１０１と交換することができる。コントローラ１７０は、例えば、顧客サイト（すなわちデバイスメーカーなど）でイントラネットに接続させられることができ、または、それは、例えば、ベンダーサイト（すなわち装置製造業者）でイントラネットに接続させられることができる。加えて、例えば、コントローラ１７０は、インターネットに組み合わせられることができる。さらにまた、別のコンピュータ（すなわちコントローラ、サーバなど）は、例えば、直接接続、イントラネット、およびインターネットのうちの少なくとも１つを介してデータを交換するコントローラ１７０にアクセスできる。また、当業者によって理解されるように、コントローラ１７０は、ワイヤレス接続を介してデータを堆積システム１０１（１０１’）と交換することができる。
【００８６】
発明の特定の典型的な実施形態だけが上で詳述されたが、当業者は、発明の新規進歩の事項から逸脱することなく典型的な実施形態において多数の変更態様が可能であることが容易に理解することができる。
【００８７】
添付の図面において、上記詳細な説明を参照することでより十分に理解されるのと同様に、添付の図面ととともに考えられることによって、本発明のより完全な理解およびそれの多くの効果は容易に得られる。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１Ａ】本発明の１つの実施形態に係る堆積システムの概略図を記載する図である。
【図１Ｂ】本発明の１つの実施形態に係る堆積システムの概略図を記載する図である。
【図２Ａ】サンプル移送が下部サンプルステージ位置で容易にされる本発明の１つの実施形態に係る図１Ａの堆積システムの概略図を記載する図である。
【図２Ｂ】サンプル移送が下部サンプルステージ位置で容易にされる本発明の１つの実施形態に係る図１Ｂの堆積システムの概略図を記載する図である。
【図３】本発明の一実施例に係るシール機構の概略図を記載する図である。
【図４】本発明の１つの実施形態に係る別のシール機構の概略図を記載する図である。
【図５】本発明の１つの実施形態に係る別のシール機構の概略図を記載する図である。
【図６】本発明の１つの実施形態に係る、別のシール機構の概略図を記載する図である。
【図７】本発明の１つの実施形態に係る、プロセスのプロセスフロー図を示す図である。
【符号の説明】
【００８９】
１０１…堆積システム、１０１’…堆積システム、１１０…処理チャンバ、１２０…基板ステージ、１２２…プロセスボリューム調整システム、１２５…基板、１３０…上部アセンブリ、１３２…下部アセンブリ、１４０…プロセス材料ガス供給システム、１４２…プレナム、１４４…注入プレート、１４６…オリフィス、１５０…電源、１６０…基板温度コントロールシステム、１７０…コントローラ、１８０…プロセスボリューム調整システム、１８０…処理空間、１８２…移送空間、１９０…真空ポンプ、１９１…注入口、１９２…真空ポンプ、１９４…バルブ、１９４…真空バルブ、１９６…真空バルブ、３０２…フランジ、３０４…延長、３０５…開口、３０６…封止、３０８…溝、３１０…下部プレート、３１４…封止、３１６…ガード、３１８…凹部、３２０…ベローズユニット、３２２…接点プレート、３２６…凹部、３３２…レセプタプレート、３３４…封止、３３６…凹部。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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